专利名称：数值控制的转角运动方法
技术领域：
本发明涉及数值控制的装置及其方法，特别是有关一种具有动程重叠的数值控制 的装置及其方法，其针对机械装置的快速移动定位指令间的转角行为的改良，此控制方法 用于机械设备的数值控制装置，例如CNC车床的数值控制装置、CNC铣床的数值控制装置、 攻牙机的数值控制装置或是钻孔机的数值控制等。
背景技术：
在自动化数值控制，常会有需要执行多个快速移动定位指令来定位每次切削起始 位置的状况，如车牙、攻牙、钻孔等；而传统因为有刀具、工件干涉的疑虑，所以快速移动定 位指令间不若切削指令，是没有做动程重叠的。以一钻孔机的钻孔过程为例来说明，如图1 所示，一开始，钻孔刀在Ia的位置，接着，由一快速移动定位指令Ib驱动钻孔刀在X轴负方 向轴运动，然后，钻孔刀依据快速移动定位指令Ic在X轴负方向轴进行钻孔；待钻孔完成 后，再由一快速移动定位指令2b驱动钻孔刀在X轴正方向轴运动；待钻孔刀完成X轴的运 动后，紧接着，由另一快速移动定位指令: 驱动钻孔刀在Y轴正方向轴方向移动至下一钻 孔位置；当到达Y轴的下一钻孔位置后，随即依据快速移动定位指令2c在X轴负方向轴进 行钻孔；于钻孔完成后，再由一快速移动定位指令4b驱动钻孔刀在X轴正方向轴运动；由 另一快速移动定位指令恥驱动钻孔刀在Y轴正方向轴方向移动至下一钻孔位置；如此重复 地进行钻孔(如3c及6b)。很明显地，在X轴及Y轴运动是没有做动程重叠的，使得快速 指令所构成的路经为不平滑的。此外，这样的作法会在各快速移动定位指令转换的过程中 产生过多的加、减速动作，不但造成机具的振动而产生精度上的问题，同时还会浪费很多时 间。另外，为解决上述的问题，在一篇美国专利US5888037，其揭露一种在快速移动的 路径上作动程重叠的处理，故使得运动路径在Id及2d处能产生一个平滑的曲线，如图2所 示。但这样作法的缺点是加工程序的撰写变得不自然，而且也没办法确实的控制动程重叠 的多寡，有可能会造成路径本身太长，使得加工时间没有达到预期节省的效果。再者，为了解决上述两项问题，目前尚有一作法，是使用者只需撰写原来不平滑、 但是直观的快速移动定位路径，而使用者可以指定快速移动定位指令间的动程重叠的速度 重叠百分比。请参考图3，是表示一钻孔机于钻孔完成后并准备移动至下一钻孔位置的一段 控制状态示意图，其中X轴速度与Y轴速度为控制器的动程所产生。钻孔刀接受快速移动定 位指令“GOO X10. ”(例如X10.表示向X轴正方向轴移动IOmm)后，先在X轴正方向轴做 快速的等速运动，然后逐渐减速至停止，其中从开始减速至停止的时间称为总减速时间；当 X轴尚未减速至停止前，可以选择一个重叠时间，用以使得Y轴接受快速移动定位指令“G00 Y10. ”(例如Y10.表示向Y轴正方向轴移动10mm)开始加速运动。在这过程中，操作者可 以输入一个速度重叠百分比率，使得在重叠速度期间，X轴与Y轴均在进行速度。而此一重 叠百分比率定义为重叠百分比率=重叠时间/总减速时间xl00%
这样以重叠百分比率来控制X轴与Y轴的运动速度，虽然可以精确地指定出能够 节省时间的部分。但此方法仍有一缺点，即使用者无法确知前一快速移动定位指令移动到 什么位置时，而下一快速移动定位指令才开始移动，这样会造成无法拿捏此百分比要设定 多少，设定太大可能会使得刀具还未逃脱干涉位置即开始移动而造成撞机。
发明内容
为解决现有技术的问题及缺点，本发明的主要目的是提供一种具有转角控制的数 值控制装置，其在执行快速移动定位指令间的动程重叠的手段是以指定一长度d，使得前一 快速移动定位指令到达终点前距离d的同时，下一快速移动定位指令即可同时开始动作， 特别要强调的是，距离d是以运动轴的实际速度来计算的。故本发明的主优点包括1.可使快速移动定位指令作动程重叠，避免浪费快速移动定位指令间的加、减速 时间。2.使用者只需直观的在加工程序中作直线快速定位指令的撰写，不须写出平滑的 快速移动定位动作。3.使用者可明确的以距离裕度设定动程重叠的时机，而不会因估计错误造成刀具 干涉的结果。本发明基于上述目的提供一种具有转角控制的数值控制装置，以第一快速移动定 位指令及第二快速移动定位指令来控制机械设备的第一轴运动及第二轴运动，其中该数值 控制装置的特征在于设定一距离参数d并当第一快速移动定位指令驱动第一轴运动至第 一轴运动路径的终点前的该距离d时，其第二快速移动定位指令即同时驱动第二轴运动， 使得第一轴及第二轴同时运动的期间产生动程重叠，以达到节省该机械设备总定位时间的 目的。本发明接着提供一种数值控制系统，包括一可控制的机械装置及一数值控制装 置，数值控制装置以第一快速移动定位指令及第二快速移动定位指令来控制机械设备的第 一轴运动及第二轴运动，其中数值控制系统的特征在于于数值控制装置中设定一距离参 数山并当第一快速移动定位指令驱动第一轴运动至第一轴运动路径的终点前的距离参数 d时，第二快速移动定位指令即同时驱动第二轴运动，使得第一轴及第二轴同时运动的期间 产生动程重叠，以达到节省该机械设备总定位时间的目的。本发明接着提供控制机械装置执行转角运动的方法，包括提供一机械装置，此机 械装置至少包括一第一轴及一第二轴；提供一数值控制装置，此数值控制装置至少输出一 第一快速移动定位指令及一第二快速移动定位指令，以使第一快速移动定位指令及第二快 速移动定位指令来驱动第一轴及第二轴；提供一设定的距离参数d至数值控制装置中，而 距离参数d由数值控制装置依据第一轴实际的运动速度所包含的面积来判断；其中当第一 快速移动定位指令驱动该第一轴运动至第一轴运动路径的终点前的距离参数d时，第二快 速移动定位指令即同时驱动第二轴运动，使得第一轴及第二轴同时运动的期间产生动程重 叠，以达到节省该机械设备总定位时间的目的。
图1为一般钻孔动作示意图2为钻孔动作使用US5888037专利方法示意图；图3为一种使用设定百分比达成快速移动定位指令示意图；图4为本发明的钻孔动作示意图；图5为本发明的具有动程重叠的快速移动定位指令示意图。主要元件符号说明la:钻孔刀示意图示lb,2b,3b,4b,5b,6b 一般钻孔动作所用的快速移动定位指令lc、2c、3c 钻孔动作ld、2d 使用US5888037专利方法钻孔动作所用的平滑快速移动定位指令d 当连续有两个快速移动定位指令时，前一快速移动定位指令到达终点前d的距 离，下一快速移动定位指令即开始动作GOO 快速移动定位指令X10. =X轴定位点10謹Y10. =Y轴定位点10謹Χ6. :Χ 轴定位点 6mmY6. :Y 轴定位点 6mm
具体实施例方式由于本发明揭露一种数值控制的转角运动方法，因此，在以下的说明中，将详细说 明数值控制的转角运动方法，而对于被此数值控制的转角运动方法控制的机械装置(例如 CNC车床的数值控制装置、攻牙机的数值控制装置、钻孔机的数值控制等)，则不作完整描 述。此外，在下述说明中的各种说明为本发明的实施例，并非用以限制本发明。本发明是一种使用数值控制装置来控制机械装置运动的控制方法，是针对在同一 直线运动路径上做往返运动的机械所做的控制方法。由于，机械装置每次所要执行加工的 路程并不相同，因此，数值控制装置必须针对不同行程长短的路径以最快的速度完成所要 执行加工的路程。使用数值控制装置(例如CNC车床的数值控制装置、攻牙机的数值控制 装置或是钻孔机的数值控制等)来控制机械装置运动时，机械装置(例如CNC车床、攻牙机 或是钻孔机等)的冲量最大值已知；而驱动机械装置运动的马达所能提供的加速度最大值 也是已知。当机械装置为一钻孔机时，可以将所要加工的程序(例如要钻5mini-meter深 度的孔)输入至数值控制装置，然后再将已知机械装置的冲量最大值设定为预设的冲量绝 对值的最大值Jmax，以及已知的马达加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax 也一并输入至数值控制装置中，以产生一相应的速度与时间的动程规画。很明显地，机械装 置的冲量最大值以及马达所能提供的加速度最大值均是已知并且固定的，因此，数值控制 装置所产生的动程规画会依据所要加工的行程而有不同的速度与时间的动程规画。此外， 为了能够缩短钻孔机的加工路程，本发明提供一种数值控制的转角运动方法，在数值控制 装置的动程规划中，以指定一个长度d，使得当前一快速移动定位指令(例如控制X轴)到 达终点前距离d的同时，下一快速移动定位指令(例如控制Y轴)即开始动作，故可达到作 动程重叠的效果。特别要强调的是，距离d是以运动轴的实际速度来计算的。接着，以一钻孔机的钻孔过程为例来说明，请同时参考图4及图5的说明。特别要说明的是，钻孔机的控制器已将机械装置的冲量最大值设定为预设的冲量绝对值的最大值 Jmax，以及将已知的马达加速度最大值设定为预设的加速度绝对值的最大值Amax，也将所要 加工的程序(例如要钻5mini-meter深度的孔)输入至数值控制装置，以产生一相应的速 度与时间的动程规画的动程规划；同时，也于加工程序中再设定一个长度d(例如0. 5mm), 以做为动程重叠的控制。如图4所示，一开始，钻孔刀在Ia的位置，接着，由一快速移动定 位指令Ib驱动钻孔刀在X轴负方向轴运动，然后，钻孔刀依据快速移动定位指令Ic在X轴 负方向轴进行钻孔；待钻孔完成后，再由一快速移动定位指令2b (例如“G00 X6. ”，表示向 X轴正方向轴移动6mm)驱动钻孔刀在X轴正方向轴运动；由于加工程序中已设定一个长度 d (例如0. 5mm)，因此，当数值控制装置依据X轴马达实际的速度判断出钻孔刀具离基准平 面0. 5mm时(即到达X轴终点的基准平面的距离为0. 5mm)，紧接着，由另一快速移动定位 指令北驱动钻孔刀在Y轴正方向轴方向移动至下一钻孔位置，在此过程中，产生X轴(减 速)与Y轴(加速)同时运动，故使得钻孔机产生动程重叠而形成类似转角的运作路径，如 图4的北线段所示的路径；很明显地，此动程重叠所产生的北线段所示的路径较图1及 图2中的路径短。接着，当X轴停止且Y轴到达下一钻孔位置后，随即依据快速移动定位指 令2c在X轴负方向轴进行钻孔；于钻孔完成后，再由一快速移动定位指令4b(例如“G00 X6. ”，表示向X轴正方向轴移动6mm)驱动钻孔刀在X轴正方向轴运动；由于加工程序中已 设定一个长度d (例如0. 5mm)，故当数值控制装置依据实际的马达速度判断出钻孔刀具离 基准平面0. 5mm时(即到达X轴终点的基准平面的距离为0. 5mm)，紧接着，由另一快速移动 定位指令恥驱动钻孔刀在Y轴正方向轴方向移动至下一钻孔位置，在此过程中，产生X轴 与Y轴同时运动，故使得钻孔机产生动程重叠而形成类似转角的运作路径，如图4的长短虚 线所示的路径；很明显地，此动程重叠所产生的长短虚线所示的路径较图1及图2中的路径 短；如此重复地进行钻孔(如3c及6b)。本发明通过在数值控制装置的加工程序中设定一长度d的控制参数，使得X轴及Y 轴产生动程重叠的运动。而在数值控制装置中对长度d的控制参数的判断，请参考图5所 示。图5中的实直线与虚直线为数值控制装置的X轴及Y轴动程规画，而实曲线为X轴马 达实际的速度；因此，当在数值控制装置的加工程序中设定一长度d后，数值控制装置即依 据X轴马达实际的速度计算到达终点时所占的面积来判断，如图5中的斜线面积。很明显 地，本发明的动程重叠除了使得加工路径所短外，也由于判断设定控制参数(即长度d)依 据马达实际的速度，故可以确知前一快速移动定位指令(例如X轴)移动到什么位置，而不 会产生错误的设定。此外，在加工程序中设定控制参数(即长度d)后，即可以用指令来启动此转角运 动，而启动后即依照控制参数设定的长度d来做快速移动定位指令间的动程重叠；另一方 面亦可以在数值控制装置的加工程序中修改d的值，使得不论是由控制参数或是加工程序 启动此数值控制的转角运动，在快速移动定位指令间均用此修改过后的d来做动程重叠。以上针对本发明较佳实施例的说明为阐明的目的，而无意限定本发明的精确应用 形式，由以上的教导或由本发明的实施例学习而作某种程度修改是可能的。因此，本发明的 技术思想将由以下的申请专利范围及其均等来决定的。
权利要求
1.一种具有转角控制的数值控制装置，以一第一快速移动定位指令及一第二快速移动 定位指令来控制一机械设备的一第一轴运动及一第二轴运动，其中该数值控制装置之特征 在于于该数值控制装置中设定一距离参数d，并当该第一快速移动定位指令驱动该第一轴 运动至该第一轴运动路径的终点前的该距离d时，该第二快速移动定位指令即同时驱动该 第二轴运动，使得该第一轴及该第二轴同时运动的期间产生动程重叠，进而使得该机械设 备执行转角运动。
2.如权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，该第一轴运动路径的终点前的该 距离d依据该第一轴实际的速度计算到达终点时所占的面积来判断。
3.如权利要求1所述的数值控制装置，其特征在于，该距离参数d可由一加工指令在加 工程序中指定d的值。
4.一种数值控制系统，包括一可控制的机械装置及一数值控制装置，该数值控制装置 以一第一快速移动定位指令及一第二快速移动定位指令来控制该机械设备的一第一轴运 动及一第二轴运动，其中该数值控制系统之特征在于于该数值控制装置中设定一距离参数d，当该第一快速移动定位指令驱动该第一轴运 动至该第一轴运动路径的终点前的该距离d时，该第二快速移动定位指令即同时驱动该第 二轴运动，使得该第一轴及该第二轴同时运动的期间产生动程重叠，进而使得该机械装置 执行转角运动。
5.如权利要求4所述的数值控制系统，其特征在于，该第一轴运动路径的终点前的该 距离d依据该第一轴实际的速度计算到达终点时所占的面积来判断。
6.如权利要求4所述的数值控制系统，其特征在于，该距离参数d可由一加工指令在加 工程序中指定d的值。
7.如权利要求4所述的数值控制系统，其特征在于，该机械装置由下列组合中选出 CNC车床、攻牙机或钻孔机。
8.一种以数值控制装置控制机械装置执行转角运动的方法，系以一数值控制装置对一 机械装置之一第一轴及一第二轴之运动进行控制，其中该数值控制装置控制机械装置执行 转角运动的方法包括提供一第一快速移动定位指令，以使该第一快速移动定位指令来控制该第一轴执行运动；提供一第二快速移动定位指令，以使该第二快速移动定位指令来控制该第二轴执行运 动；及提供一设定之距离参数(d)至该数值控制装置中，而该距离参数(d)系由该数值控制 装置依据该第一轴实际之运动速度所包含之面积来判断；其中当该第一快速移动定位指令控制该第一轴运动至该第一轴运动路径之终点前的该距 离参数(d)时，该第二快速移动定位指令即同时控制该第二轴运动，通过该第一轴及该第 二轴同时运动的期间产生动程重迭，进而使得该机械装置执行转角运动。
9.如权利要求8所述的转角运动的方法，其特征在于，该距离参数d可由一加工指令在 加工程序中指定d的值。
10.如权利要求8所述的转角运动的方法，其特征在于，该机械装置由下列组合中选出CNC车床、攻牙机或钻孔机。
全文摘要
本发明公开了一种数值控制的转角运动方法，改善在需要要求速度的加工，如攻牙、车牙、钻孔等，通常在此类加工中每一加工循环之间常以快速移动定位指令来做连接，本发明即是可由使用者依需要设定，使得两快速指令间的转角可以做动程重叠，达到更为节省加工时间的目的。
文档编号G05B19/416GK102117056SQ200910266090
公开日2011年7月6日 申请日期2009年12月31日 优先权日2009年12月31日
发明者吕心宇, 陈弘真 申请人:新代科技股份有限公司